自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号 45 -56（2020 ）大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析
浅野 敏之1・高橋 忍1・甲斐 信治2

Assessment of Work Period Necessary for Removal of Fallen
Pumice from Navigation Areas for Continuity of Port
Business Following a Large-Scale Volcanic DisasterToshiyuki ASANO1, Shinobu TAKAHASHI1 and Shinji KAI2
Abstract
For most major ports in Japan, a business continuity plan (Port-BCP) has been developed tocope with potential functional disorder in port operations caused by natural disasters. The
objectives of a Port-BCP are to maintain the minimum vital activities, such as transportationof emergency supplies, and to enable resumption of normal operations within a reasonable
period. Existing Port-BCP plans, however, focus only on earthquake and/or tsunami disasters
and do not consider volcanic events. This study assessed the impact of predicted pumice fall on
Kagoshima Port (Japan) following a supposed large-scale eruption by the adjacent Sakurajima
volcano. Numerical simulations were conducted with varying conditions of wind velocity
and direction to estimate the volume and mass of pumice deposited in Kagoshima Bay. Basedon the results, estimations were performed regarding the work period required to remove thedeposited pumice from the navigation areas.
キーワード：火山災害，港湾事業継続計画，堆積軽石量，航路啓開Key words:

volcanic disaster, port business continuity plan, deposited pumice amount, re-opening work ofnavigation channel

1 ．はじめに
1. 1

害時には緊急物資の輸送を確保する極めて重要な研究の背景と目的

インフラストラクチャーである。阪神・淡路大震

港 湾 は， わ が 国 の 総 貿 易 量 を 重 量 ベ ー ス で

災では神戸港が大きな被害を受け，港湾機能停止

99.7％，金額ベースで74.1％を担うとともに，災の間に国際トランシップ貨物などが釜山港などに

1

2

鹿児島大学地震火山地域防災センター
Research and Education Center for Natural Hazards,
Kagoshima University

45

国土交通省九州地方整備局鹿児島港湾空港整備事務所
Kagoshima Port & Airport Development Office, Kyushu
Regional Development Bureau, MLIT

46

浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析

シフトし，国際港としての地位が凋落した。このるのか，発生後いかにして物流機能を維持確保すことが，災害時・災害後の港湾の事業継続計画（港るのか，を予め解決しておくことが重要な課題と

湾 BCP）策定の必要性が認識される端緒となっなる。

た1）。東日本大震災においても，東北太平洋岸か

以上の背景から，本研究は，将来想定される桜ら東関東に至る多くの港湾が多大なる被害を受け

島大規模噴火災害時に港湾機能を維持し事業継続

たが，岸壁やクレーンなどの被災だけに留まらず，を図るため，鹿児島湾海域に降下する火砕物の堆瓦礫による航路泊地の埋没や船舶の航行障害が生積量と質量換算値を評価し，航路啓開のための揚じ，港湾物流機能が停止した。東日本大震災後に収量を試算することによって，火山災害時の港湾制定された国土強靭化基本法に基づくアクション

BCP 策定に資する知見を得る目的で実施したもプランとして，港湾が災害により機能不全を生じのである。

ても緊急物資等の最低限の輸送を確保し，許容される期間内に重要な港湾機能を逐次再開させる

1. 2

ための港湾 BCP が，重要港湾を中心として策定

アメリカ地質調査所（USGS）4）は，火山噴火のされるようになった 。しかし，ほとんどの港湾

降下火砕物による船舶航行への影響として，視程BCP が自然外力として地震・津波を対象としての阻害，海面に浮遊する火山灰や軽石による冷却おり，火山噴火災害について本格的に検討された水の取り入れ口の目詰まり，火山灰や破砕物によ

例は著者の知る限り無い。

る船体・機械部の摩耗などを挙げている。また

1）

既往研究の状況

一方，都市機能が高度に集積した広域首都圏にWilson ら5）は，チリ Chaiten 火山の噴火調査から，

おいて，富士山の大規模噴火による火山灰降灰が浮遊軽石群による船舶の冷却水取り入れ口の閉塞

国民生活や社会経済活動に与える影響が懸念されと，機械のオーバーヒートの発生を報告している。

ている。その予測と対策を調査する目的で，2018

国交省九州地方整備局・鹿児島港湾空港事務所・

年に「大規模噴火時の広域降灰対策検討ワーキン

日本港湾協会6, 7）が実施した調査（以下，国交省九ググループ」が内閣府中央防災会議の防災対策実

地整報告書と呼ぶ）によれば，大型船の場合，外行会議の下に組織され，検討が開始されている2）。

洋航海中は船底にある海水吸入口を，沿岸部では

しかし，富士山は宝永噴火以来，噴火活動を行っ

船側高位にある吸入口を使用すれば，水面付近をていないため，大規模降灰の被害形態や災害事象

浮遊する軽石の影響を受けにくいとしている。総を実態として把握できず，具体例の検討の多くをトン数20トン以下の小型船については，日本小型

桜島の噴火による鹿児島県の被害例に依拠してい船舶工業会が海水吸入口配置について浮遊物を吸る。

い込まないための指針を示している。桜島航路・鹿児島港は，南北約20 km の港湾区域を有し，奄美などへの離島航路のフェリーは総トン数1000

桜島への航路や種子島，屋久島，三島，十島，奄

トンを超える大型船であるが，報告書では，小型

美等への離島航路の発着場になっている。内航の船はもちろん大型船も海面浮遊物の吸引が船舶航

乗客乗降人員数は全国 2 位の港湾であり ，この行を阻害する恐れはゼロではないとし，大量の軽地域の物流や離島航路の中心であるが，桜島噴火

石が降下したときの避難誘導支援，支援物資輸送，

口から約10 km 隔てているに過ぎない。桜島は，広域後方支援を行うための航路啓開の方法と作業

1779-1781年（安永噴火），1914年（大正噴火）に

量予測を中心に考察している。

3）

大規模噴火を起こしており，その発生間隔から想一方，浅野ら8）は，桜島大正噴火規模の噴火条定すると，今後30年以内の桜島の大規模噴火発生

件を与え，噴煙柱の解析と風による移流・拡散・が懸念されている。大規模火山噴火を対象とした沈降の解析を行うとともに，鹿児島湾内の潮流計

事業継続計画（港湾 BCP）においては，大量の噴算を実施し，軽石群の潮流による漂流機構をラグ

火火砕物によりどのような港湾機能の不全が生じ

ランジェ的なトレーサー追跡によって考察してい47

自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号（2020 ）る。

（kg/m3）は，粒径が大きいと軽石状となり密度が本研究は，この研究によって得られた鹿児島湾

低下することを考慮し次式で与えた。

内の降下軽石量の算定手法に基づき，大規模噴火
災害発災後の航路啓開に必要な揚収量と啓開作業（2）期間の試算を行ったものである。

2 ．噴煙柱火砕物の移流拡散解析
2. 1

表 1 に，Φスケールに対応する火山噴煙柱内構成

数値解析の概要

粒子の粒径，式（ 1 ）の粒径分布から計算される

火砕物輸送の数値モデルは精粗さまざまなモデルが提案されているが，浅野ら8）は Pfeiffer et al.9）

累積粒径分布 F(Φ)，式（ 2 ）による粒子密度 ρpを示す。

による HAZMAP モデルを用いて解析した。この降下速度 ws については，Wilson-Huang11）の研モデルは，Tephra2 等とともに 2 次元モデルに究に基づき，高度 z とともに変化する空気密度と分類されるもので，噴火の規模と風の場を与えた

粘性係数，火砕物の粒径・密度・形状係数の関数

ときに，鉛直方向の線源として与えられた噴煙柱となる Reynolds 数や抗力係数を考慮して決定し10）内の火砕物がどのように流送され，陸・海上に降た。図 1 は，降下速度 ws を火砕物の粒径と高度下・堆積するかを計算するものである。移流拡散をパラメターとして示したものである。

沈降解析は，さまざまな流体力学の分野で実施されているが，噴煙柱内には火山灰から軽石までさ

噴煙柱鉛直方向の質量分布は，次式の Suzuki12）モデルで与えた。

まざまな粒径粒子が分布すること，降下速度 ws
が空気密度・空気粘性係数等の関数となること等（3）

が本解析では焦点となる。本研究は，この数値解
析で得られた鹿児島湾内に降下する軽石を中心とここに，S0：規格化噴出物質量，H：噴煙柱高度，A，する火砕物の総質量に対して，揚収作業に必要なλ：鈴木係数で，本研究では標準値 A＝4，λ ＝ 2船隻や必要日数について議論するのが目的であを採用した。移流の外力となる風は，上空の風のり，ここでは以下に数値解析の概略のみを説明する。
火山噴煙柱内の粒子の粒径分布を，次式の正規分布で与える。
（1）
ここで，Φは粒径 d（mm）からΦ＝−log2d で換算されるスケール，μ はその中央値，σΦは標準偏差である。ここでは標準的な値 σΦ＝2，μ＝− 1（中央粒径 d＝2 mm）を与えた。火砕物粒子の密度 ρp
表1

図1

火砕物降下速度の高度ならびに粒径による変化

火砕物の粒径ごとの密度と累積分布関数

Φ

5

4

3

2

1

0

−1

−2

−3

−4

−5

d(mm)

0.03200.06250.1250

0.25

0.50

1.0

2.0

4.0

8.0

16.0

32.0

ρp(kg/m3)

2100

1867

1633

1400

1167

933

700

700

700

700

700

0.00130.00620.02280.06700.15880.30870.50000.69130.84120.93300.9771F(Φ)

48

浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析る。質量で評価する場合には，軽石から火山灰の細粒部まで密度が700〜2500 kg/m3に変動することから，火砕物の粒度組成をどう評価するかに依存して異なってくる。
本研究では，これらの研究を考慮し総噴出体積
Vtotal を0.42 km3 とした。粒径分布は（ 3 ）式で σφ＝ 2 ，μ＝− 1 として密度の大きな火山灰成分で多く構成する形で与えた。噴煙柱高度は Biass etal.16）や山科14）と同じく H＝15 km とした。風速の鉛直分布は既往の研究を考慮し，その最大値を10m/s と20 m/s の 2 通りとし，最大となる高さは
図2

噴煙柱内火砕物質量と風速の鉛直分布

地上8000 m とした。桜島上空の風向きは，冬季
は偏西風の影響を強く受けるが，夏季は偏西風が弱まるとともに，下部成層圏は東風に変わり，気鉛直分布を代表する形で与えた。本計算で仮定し圧配置や前線等の影響を受ける。鹿児島港に火砕た噴出物質量と風速の鉛直分布を図 2 に示す。

物が多く落下するのは E（東からの風）を中心とする風向きであるが，45 ごと全 8 方位の計算を

2. 2

計算条件

行った。噴火開始から噴火終了（24時間後とした）計算領域は，鹿児島湾全域を含む東経130.4〜までの高度 z＝ 0 におけるすべての粒径階 L を総130.9 ， 北 緯31.1〜31.8 と し， 水 平 x，y 方 向 を和した海面及び陸上への降下火砕物総堆積厚を最それぞれ45，72，鉛直 z 方向を21で格子分割した

終的なアウトプットとした。

（Δx＝Δy＝1250 m，Δz＝714 m）。粒子径階級 L は，
Φ＝− 5 〜 5 を11分割した。火砕物の降下速度

2. 3

ws は大粒径で高度が高い地点で最大約60 m/s と

図 3 は，粒径 d＞8 mm と d＜8 mm で軽石成分

降下火砕物の堆積厚の計算結果なることから，クーラン条件より時間刻みを Δtと火山灰成分を分けたときの，火砕物堆積厚さの＝6s とした。拡散係数 KX，Ky は3000 m2/s とした。

空間分布を示したものである。図 3 （a） と （b） は，

噴火条件については桜島大正噴火と同規模で与SE からの風向（北西に向かう風）で，それぞれ，えた。Todde et al.13）は桜島や大隅半島各地でこの

鉛直方向の最大風速が10 m/s と20 m/s の場合，

イベントで堆積した火砕物を調査し，総噴出体積

図 3 （c），（d） は N からの風向き（南に向かう風）

Vtotal＝0.33 km3を推定した。山科14）はさまざまなで，最大風速が10 m/s と20 m/s の場合の結果で角度の考察から，大正噴火時の噴煙柱高度としてある。

H＝15000 m を提唱したが，その噴煙高度と噴出

本 計 算 で は 北 緯31.1 〜31.8 ， 東 経130.4 〜

物量の関係から推論すると，噴出軽石の体積は約130.9 を解析領域としたため，風により移流拡散

0.4 km3となる。田村ら15）は，大正噴火の噴出物総する降下火砕物の一部が解析領域外に出て行くこ量を2.1 km ，このうち溶岩流出量が1.56 km ，軽とになる。また，軽石成分は降下速度が大きいた

石・火山灰が0.62 km3とした。国交省九地整報告

め，火山灰成分と比較すると堆積量が大きな範囲

書では，京都大学防災研桜島観測所の井口教授には火口近くの狭い領域に留まることがわかる。最ヒアリングを行い，その結果から大正噴火時の総大風速が10 m/s から20 m/s に増加すると，移流3

噴出体積は Vtotal＝0.5 km とし，すべて粒径 1 cm

が拡散より卓越するために，堆積量の分布の幅が以上の軽石とした。このように大正噴火における狭くなることが見いだされる。また，鹿児島湾は軽石体積の推算結果は研究者によりさまざまであ

南北約60 km あるが，桜島は北1/4に位置するた

3

3

49

自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号（2020 ）

図 3 （a） 降下火山灰（左）と降下軽石（右）の堆積量（単位：m）
風速 Wmax ＝10 m/s，風向：SE

図 3 （b） 降下火山灰（左）と降下軽石（右）の堆積量（単位：m）
風速 Wmax ＝20 m/s，風向：SE

図 3 （c） 降下火山灰（左）と降下軽石（右）の堆積量（単位：m）
風速 Wmax ＝10 m/s，風向：N

図 3 （d） 降下火山灰（左）と降下軽石（右）の堆積量（単位：m）
風速 Wmax ＝20 m/s，風向：Nめ，鹿児島湾に降下する降下火砕物は地形的に N

いてはカウントされない。また図 3 に破線で表示

からの風の場合に多くなることがわかる。

するように，薩摩半島長崎鼻（E130.59 ，N31.15 ）と大隅半島佐多伊座敷（E130.70 ，N31.10 ）を結

3 ．火砕物の鹿児島湾内への降下量・堆積量の計算

ぶ線より南西側は鹿児島湾外とし，この領域に降下したものは海への降下火砕物から除外した。

大規模火山噴火発生後の事業継続計画にあたっ

結果は，火山灰成分と軽石成分を総和した降下ては，鹿児島港の航路啓開に必要な作業船量，作

火砕物総質量と，軽石成分のみを取りだした軽石

業復旧時間，仮置き場等の見積もりが求められる。

質量に分けて表示する。図 4 にそのレーダーダイ

この評価には鹿児島湾内に降下する軽石量の定量

アグラムを，数値を表 2 にまとめた。図 4 では風的把握が必要となる。そこで45 間隔で 8 方位を向を噴煙柱が流される方向に表示している。まず

与え，鉛直方向最大風速として10 m/s と20 m/s

海上への降下量について考察する。降下火砕物総の 2 とおりに変えた計算を実施した。結果は降下

質量が最も大きくなるのは，北からの風 N（＝南火砕物量を海と陸とで区別し，質量ベースで整理に向かう風；堆積方位角180 ）の風速が10 m/s のした。図 3 に示した計算領域を超える火砕物につ場合である。その理由はこの方向に鹿児島湾が最50

浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析

図4

海面と陸上に降下する火砕物と軽石の質量の風向別結果も拡がっているからである。軽石についても最大移流されるが，この方向には特に領域が制限され値をとる風向は同じである。SE 〜 S 〜 SW からている。そのことより，図 4 の陸上への堆積量のの風は噴煙が北側に流され，鹿児島湾の桜島北部

方向特性が鈍くなっている。いったん，陸上に堆

海域に降下する結果となる。降下火砕物量・軽石

積した軽石群は，降雨により時間とともにゆっく

量は N からの風に比べて小さくなる。桜島よりりと河川を通じて海域に流入したり，土石流等で北向きの風では海域が狭くなることが原因である

流入することが想定される。この過程を考える上が，この領域に降下した火砕物は，狭い西桜島水

では，海から分水嶺までの領域にわたって軽石降道を介してのみ南部に流出入するので，量的な把下量を積分し，海洋に流入する軽石の潜在的総量

握をしておくことは BCP 立案上で重要である。

を算定する方が精度が高く，今後の課題となろう。

次に陸上への堆積量について考察する。本計算

次に風速を10 m/s から20 m/s に増加させた場

は，北緯31.1 〜31.8 ，東経130.4 〜130.9 を解析合の計算結果を検討すると，海上・陸上を問わず，領域としており，ここで示した量はあくまでもこ

降下火砕物総質量・軽石量ともに減少することがの領域に堆積する結果で，領域設定に依存する。

わかる。これは風による移流が卓越し，かなりの

例えば南からの風向では噴煙は北部の霧島方面に部分が計算領域外に輸送されるためである。

51

自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号（2020 ）表2

海上と陸上に降下する火砕物・軽石質量の風向別結果■風速10 m/s 時の降下火砕物判定（海上）
堆積方位角
（deg）

■風速20 m/s 時の降下火砕物判定（海上）

降下火砕物
（kg）

風向

軽石
（kg）

堆積方位角
（deg）

風向

降下火砕物
（kg）

軽石
（kg）

0

S

1.40E+11

4.22E+100S

9.72E+10

3.14E+1045

SW

1.55E+11

4.72E+1045

SW

1.08E+11

3.27E+1090W

9.93E+10

3.07E+1090

W

6.27E+10

1.91E+10135

NW

1.47E+11

5.18E+10135

NW

7.59E+10

2.66E+10180

N

3.94E+11

1.42E+11180

N

2.81E+11

9.30E+10

225

NE

2.01E+11

6.50E+10225

NE

1.38E+11

4.44E+10270

E9.62E+10

2.96E+10270

E5.55E+10

1.95E+10315

SE8.70E+10

2.68E+10315

SE

4.86E+10

1.83E+10■風速10 m/s 時の降下火砕物判定（陸上）
堆積方位角
（deg）

■風速20 m/s 時の降下火砕物判定（陸上）

降下火砕物
（kg）

風向

軽石
（kg）

堆積方位角
（deg）

風向

降下火砕物
（kg）

軽石
（kg）

0

S

2.22E+11

8.73E+100S

1.27E+11

4.54E+1045

SW

2.50E+11

9.96E+1045

SW

1.47E+11

5.43E+1090

W

2.97E+11

1.13E+1190

W

1.83E+11

6.46E+10135

NW

3.58E+11

1.37E+11135

NW

2.32E+11

8.09E+10180

N

2.42E+11

1.02E+11

180

N

1.09E+11

4.64E+10225

NE

2.85E+11

1.15E+11225

NE

1.70E+11

6.16E+10270

E

3.08E+11

1.16E+11270

E

2.02E+11

6.77E+10315

SE

3.23E+11

1.22E+11315

SE

2.16E+11

7.13E+10

火砕物の総堆積量に占める軽石堆積量の比率

らの風の結果の30％の小さい値となる。これは軽は，質量ベースで30〜43％である。特に N 系の石が流送され降下する範囲が鹿児島湾の桜島以北

風では40％を超える結果となっている。表 1 に示の狭い海域に限られるからである。

したように軽石の密度は火山灰密度の1/2程度であるため，体積ベースにおける軽石の占有率はこれより大きくなる。火山灰は比重が重く海面に降
下後，数日ですべて海底に沈降するので，以下では軽石について考察を行うことにする。

4 ．港湾機能維持のための火山噴出物への対応
ここでは，前節で得られた大規模火山噴火時の海上に降下する軽石総質量に対する航路啓開等の堆積量が最大となった風速10 m/s，風向 N の対応について検討する。港湾 BCP に関わる災害

ケースと，同じ風速で風向 S のケースについて

時の航路啓開作業量の検討は，東日本大震災時の計算結果の定量的な考察を行う。N からの風（方津波瓦礫に対する研究17）等があるものの，火山噴位角180 ）の時の軽石の総質量は1.42×10 kg＝

火による降下火砕物に対する研究は著者の知る限

1.42×10 ton で，軽石の密度を700 kg/m とする

り見当たらない。シミュレーション結果から海上と体積は2.03×108 m3＝0.203 km3となる。降下火の軽石質量は極めて大量であり，揚収作業は短期

砕物総質量から軽石質量を差し引いた火山灰総間には困難な状況が容易に想定される。以下では質量は2.51×1011 kg ＝2.51×108ton で，火山灰の港湾機能の回復のための対策を短期的な対策と中密度を1500 kg/m とすると，1.67×10 m ＝0.167

長期的な対策に分けて考察する。

11

8

3

3

8

3

km3となる。軽石の火山灰に対する比は，質量で大規模噴火の発災時から数日間は，火山噴火のは57％，体積では122％となる。S からの風（方被害を直接受ける住民（特に桜島の住民）の海上

位角 0 ）では，軽石の総質量は4.22×1010 kg ＝4.22からの避難援助，緊急物資の輸送が重要となり，

×10 ton（ 体 積6.03×10 m ＝0.060 km ）で N か

緊急的な航路啓開を図る必要がある。桜島大正噴

7

7

3

3

52

浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析

火では約 1 日半にわたる大噴火後も，噴火活動はあたっては，国交省九地整報告書の調査に基づき断続的に継続し終息まで 1 年数ヶ月を要した。そ調達可能な作業船量を50隻 / 日とし， 1 日あたりの間の物資・人員の輸送が必要となり，港湾機能・の作業時間を 8 時間または12時間，年間稼働日数航路の確保を行わなくてはならない。ここでは短250日とした。揚収量原単位は，河田ら19）が津波

期的な啓開対策として，鹿児島港・桜島港・垂水により破壊された木造家屋の海面流出瓦礫に対す港の港湾区域，ならびに桜島・大隅半島側と鹿児る除去能力の提案値の重量換算値20.65トン /（時島市を結ぶ桜島航路・垂水航路，鹿児島市と種子間・隻）17）を採用した。したがって作業船50隻を島・屋久島・奄美大島を結ぶ離島航路の啓開を対用い， 1 日あたり作業時間 8 時間，12時間で揚収象とする。航路啓開の航路幅については，基準でする軽石量は，それぞれ8260トン，12390トンとは船舶の行き違いを想定する航路においては船長なる。表 3 に示すように港湾区域内の軽石を揚収

L の 1 倍以上の適切な幅とされているが ，ここするのに必要な日数は92〜137日と試算された。

では国交省九地整報告書と同じ 2 L で算出した。

また桜島航路・垂水航路の揚収には19〜29日の結例えば，離島航路の最大船長は約145 m であるか果を得た。離島航路は鹿児島港から湾口までと長ら，航路啓開幅は290 m となる。

く，航路啓開幅も広いため，203〜305日の作業日

18）

表 3 は，港湾区域と航路に降下した軽石の堆積数が得られた。国交省九地整報告書7）の同様な試量を本数値解析に基づいて計算し，軽石群の揚収算を行っているが，風向・風速に係わらずすべて

対象量と揚収に要する作業日数を示したものであの海域で軽石が一律の値0.16ton/m2で堆積するとる。この区域に降下する軽石量が最大となるのは仮定しており，精度は本結果より低いと考えられ

風向 E（西向きの風）で風速10 m/s の場合であり，る。なお，同報告書の全港湾区域の揚収作業日数

表中の軽石堆積量はその条件下の値である。ただは，本結果の1.40倍，離島航路の日数では0.82倍

し，離島航路については桜島の南方に位置するたの値となっている。

め，風向 N（南向きの風），風速10 m/s の条件下

表 3 に示した期間で港湾区域と航路の水面が啓の計算結果を用いている。揚収作業日数の算定に開されれば，船舶の航行が可能となる。陸上の港

表3

港区・航路に降下した軽石の揚収量および揚収に要する日数（風向 E，風速10 m/s の条件で堆積量を算定，ただし離島航路については風向 N，風速10 m/s で算定）
対象港区

鹿児島港

堆積量参照地点

啓開対象面積（m2）

堆積量（トン／m2）

揚収対象量（トン）485,892

本港区

N31.592 E130.571

1,227,000

0.396

新港区

N31.582 E130.568

224,000

0.360

80,640

中央港区

N31.535 E130.549

1,232,000

0.169

208,208

谷山一区・二区 N31.480 E130.549

6,663,000

0.039

259,857

N31.554 E130.562

149,000

0.224

33,376桜島港

N31.593 E130.598

91,0000.719

65,429垂水港

N31.495 E130.697

331,000

0.002

鴨池港区

合計
対象航路

9,917,000
航路延長（m）
×航路幅（m）

啓開対象面積（m2）

平均堆積量（トン／m2）

揚収対象量（トン）
139,392

2,400×120

288,000

0.484

垂水航路

14,100×160

2,256,000

0.043

合計

662
1,134,064

桜島航路

2,544,000

作業日数
作業日数
（ 8 時間 / 日） （12時間 / 日）

137

92

作業日数
作業日数
（ 8 時間 / 日） （12時間 / 日）

97,008236,400

対象航路

航路延長（m）
×航路幅（m）

啓開対象面積（m2）

平均堆積量（トン／m2）

揚収対象量
（トン）

離島航路

44,300×290

12,847,000

0.196

2,518,012

29

19

作業日数
作業日数
（ 8 時間 / 日） （12時間 / 日）
305

203

53

自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号（2020 ）湾道路や施設に堆積する火砕物の除去は海上の除点でどの程度，解明されているのか，今後どのよ

去より容易であるので，この時点で主要な港湾業

うな課題の検討が必要であるかを以下に考察す

務は再開可能と考える。湾内全域に拡がる浮遊軽る。

石群は，啓開完了区域に流入してこない限り港湾（1）湾内の潮流や風の流送による総量の減少

業務に大きな支障はなく，また流入しても港湾等

火山噴火で鹿児島湾内に降下した軽石群は，図の啓開作業拠点はすでに確保されているので，除5 の模式図に示すように，潮流により流送され，去作業に十分対応できる。
しかし，軽石群は，潮流や風により漂流拡散しその一部は湾口から流出し，時間とともに湾内の面的に拡がることを考えると，中長期的には鹿児軽石群の総量が時間とともに漸減するであろう。

島湾の全域に広がる軽石の除去作業についても考潮流の数値シミュレーション技術は，さまざまな察する必要がある。敷設の簡便なオイルフェンス

モデルが提案され確立された段階にある。風向・やカーテン丈の長いシルトプロテクターを用いて風速など風の状況は一様ではなく，その影響は簡航路などの揚収エリアを遮断し，軽石群の流入を単に取り扱えないが，台風などによる強風時には，防ぐのも一つの方策であるが，長期的な遮蔽には

海面上の軽石群の多くが陸上に打ち上げられる。

限界がある。ここでは，噴火災害後の中長期にわ

この総量は，イベント期間における風向・風速をたる復旧・復興に関わる事業継続計画を策定する

仮定して流体力学モデルで推算可能である。台風

上での概略値を得るため，潮流や吹送流などを考や洪水時に発生する海岸近くに打ち上げられた流慮せず，海面に堆積した軽石群の除去作業に要す

木群の撤去作業では，流木群をオイルフェンスなる日数を試算することにした。

どで囲い込み，作業の容易な海岸近くに曳航して

表 4 は，風速10 m/s で風向 S（北向きの風）と作業の効率化を行っている。これから推察できる

風向 N（南向きの風）に対して得られた，それぞように，陸上に打ち上げられた軽石群の回収作業

れ4.22×1010 kg，1.42×1011 kg の 2 つの降下軽石は海面上のものをクレーン付き台船などで回収す

総質量に対する，揚収作業に必要な所要期間を示るより容易であり，揚収作業期間の短縮に繋がるしたものである。表に示すように 1 年間の揚収作と考えられる。一方では，風による軽石群の吹き業を実施しても，風向 S，風向 N でそれぞれ 5 ％，2 ％程度しか軽石を除去できず，火山噴火直後に海面に降下する軽石総量をすべて揚収するには，
20年〜50年の長期間を要する試算結果が得られた。
しかし，下記の物理機構により，揚収対象となる軽石総量は計算結果の数分の 1 程度に低減することが考えられ，それによって揚収作業期間も短

図5

縮されることが予想される。この短縮機構が現時
表4

鹿児島湾に降下した軽石の揚収量及び揚収に要する日数
作業時間（h/ 日）

軽石の海上
落下総質量

揚収量
原単位
（トン／ h・隻）

平均

最大

S：北向きの場合

4.22×107トン

20.65

8

N：南向きの場合

1.42×108トン

20.65

8

項目
風向

鹿児島湾に降下した軽石群の物質収支の
模式図

作業船隻数
（隻 / 日）1 年間の揚収量

1250206.5〜309.8万トン⇒海上落下総質量の4.8〜7.3％

1250

206.5〜309.8万トン⇒海上落下総質量の1.5〜2.2％

54

浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析

寄せは，桜島水道や港口の狭隘部で滞留や閉塞の5 ．まとめ

問題を引き起こすことも想定される。また，陸域1 ）火山噴火時の噴出物総量と噴火時の風向・に堆積したものが降雨作用で海域に流れ込むこと風速を与え，海上に降下する軽石群の堆積量とそも想定でき，こうした物質収支に係わる物理機構の質量換算値を算定する数値解析結果を提示しについては今後の検討が必要である。

た。軽石群の降下総質量の計算結果に基づき，港湾区域と航路内に降下した軽石群の揚収対象量と（2）軽石間摩擦で生じる粉体化・沈降による総量の減少

揚収作業期間の試算結果を示した。港湾海面と航路海面の啓開完了により，基本的な港湾業務がほ軽石は摩擦に弱く漂流中に擦れ合って表面からぼ再開できると考えられるので，この試算結果は，削り取られていく。粉砕された部分は比重約2.5大規模火山噴火時の港湾 BCP 策定に資するもののガラス体であるから，直ちに海底に沈降し，浮と考える。

遊軽石群の総量の減少に帰することになる。軽石2 ）中長期的対応として，鹿児島湾全域に拡がの気泡の大きさやみかけ密度は，マグマの化学組

る降下軽石量の総質量に対する揚収作業期間につ成や噴火の形成過程により変化し20），軽石の摩擦

いても試算を行った。その結果， 1 年間で総質量粉砕特性に影響する。摩擦による粉体化をマグマの 2 〜 7 ％程度しか揚収できない結果となった。

化学組成や噴火形態を考慮して定量的に説明する

ただし，陸上への打ち上げによる揚収作業の効率事は，今後の検討課題と言える。

化，湾口からの流出，高温軽石の吸水機構や軽石間の摩擦による粉体化による沈下促進があり，実（3）軽石の吸水による沈下による総量の減少

際に揚収対象となる軽石量は数分の 1 程度に減少

軽石は多孔性であるため，海底に水没するまでに相当長時間を要する 。Whitham and Sparks
21）

22）

すると考える。今後，この軽減量の定量的評価が課題となる。

は，さまざまな軽石サンプルを水中投入し，小胞3 ）噴火災害の発生からタイムラインに沿って，内に水の浸入した軽石の重量測定実験を 1 年半に港湾には避難誘導，航路点検，航路啓開，揚収物

わたって継続した結果，有効密度が 1 を超え水没の仮置場確保，揚収物処分などの対応すべき課題

する時間はサンプルにより数時間，数日，数月，がある。降下軽石群の潮流や風による漂流機構や数年と異なることを明らかにした。14サンプルの物質収支を明らかにし，軽石群総量の時空間分布

うち 5 つは 1 年半後も沈むことはなかった。外挿を把握した上での揚収作業と港湾機能復旧の計画

によって推定された最長水没時間は30年のサンプ立案が課題となろう。

ルもあった。こうした相違は，軽石の寸法，初期密度，小胞の寸法分布，小胞間の結合状況によっ謝辞て生じるとした。一方，彼らは段階的な温度で加本研究を実施するにあたり，日本学術振興会科

熱した軽石サンプルを没水させ，有効密度の測定

学研究費補助金（基盤研究（C）：（19K04952）「火実験も行った。その結果，150 ℃を超えると小胞山噴火災害時の港湾 BCP 立案の基礎となる海域

内の空気が水で置換されはじめ，700 ℃では90％

内降下火砕物の流動解析」）の補助を得たことをが水で置換されることがわかった。これは，熱せ

付記し，謝意を表する。

られた水が高熱の水蒸気となり小胞内に侵入し，空気を押し出す置換メカニズムがあるためで，噴

参考文献

火直後の状態にあたる高熱の軽石は直ちに水没す

1 ）小野憲司編著：大規模災害時の港湾機能継続
マ ネ ジ メ ン ト， 公 益 社 団 法 人 日 本 港 湾 協 会，
271p，2016．
2 ）中 央 防 災 会 議 防 災 対 策 実 行 会 議， 大 規 模ると結論している。ただし，現実の噴火において海面に降下する軽石のどの割合がこの高温条件を満たすのかは不明である。

自然災害科学 J. JSNDS 39 特別号（2020 ）噴火時の広域降灰対策検討ワーキンググ
ル ー プ，https://www.bousai.go.jp/kazan/kouikikouhaiworking/index.html，2020 年 3 月
31日3 ）日 本 港 湾 協 会： 数 字 で 見 る 港 湾2017，259p，
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告書，163p，2017．
7 ）国土交通省九州地方整備局・鹿児島港湾空港整備事務所・日本港湾協会：平成27年度九州地域の沿岸部における活火山災害発生時に関する基
礎的検討調査報告書，189p，2016．
8 ）浅野敏之・長山昭夫・加古真一郎：火山噴火災
害時の港湾 BCP 立案の基礎となる海域内降下
火砕物の流動解析，土木学会論文集 B2（海岸工学），印刷中，2020．
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Research, 140, pp.273-294, 2005.
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Tephra2の理論と現状−第四紀学での利用を視野 に， 第 四 紀 研 究，Vol.52，（4），pp.173-187，
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Vol.44, pp.311-324, 1979.
12）Suzuki, T.: A theoretical model for dispersion oftephra, Volcanism: Physics and Tectonics Arc，

55
Editted by Shimozur u，D and I. Yokoyama，
pp.95-113, 1983.
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Sakurajima volcano: stratigraphy and dynamics
of the largest explosive event in Japan during thetwentieth century, Bull. Volcanol., Vol.79, 2017.
14）山科健一郎：桜島火山1914年噴火の噴煙高度− 目 撃 資 料 の 検 討， 火 山， 第44巻， 第 2 号，pp.71-82，1999．
15）田村圭司・山越隆雄・松岡 暁・安養寺信夫：
火山噴火後に土石流が発生した事例，土木研究
資料，Vol.52-3, pp.34-39，2010．
16）Biass et al.: Potential impacts of tephra fallout
from a large-scale explosive er uption at
Sakurajima volcano, Japan, Bull. Volcanol., Vol.79,2017.
17）富田孝史・若尾晃宏：津波災害時の航路啓開計
画における作業船量分析，土木学会論文集 B2（海岸工学），Vol.74，No.2，pp.379-384，2018．
18）日本港湾協会：港湾の施設の技術上の基準・同解説（平成30年改訂版），2200p.，2108．
19）河田恵昭・小鯛航太・鈴木進吾：東南海・南海
地震発生時の港湾機能を活用した緊急輸送戦
略， 海 岸 工 学 論 文 集， 第54巻，pp.1326-1330，
2007．
20）加藤祐三：軽石−海底火山からのメッセージ，
八坂書房，264p.，2009．
21）Br yan S.E. et al.: Pumice rafting and faunal
dispersion during 2001-2002 in the Southwest
Pacific, Record of a dacitic submarine explosive
er uption from Tonga, Ear th and Planetar y
Science Letter, Vol.227, pp.135-154, 2004.
22）Whitham A.G. and R.S.J. Sparks, Pumice, Bull.
Volcanology, Vol.48, pp.209-223., 1986.
（投 稿 受 理：令和 2 年 3 月27日
訂正稿受理：令和 2 年 7 月 9 日）

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浅野・高橋・甲斐：大規模火山噴火災害時における港湾機能維持に必要な降下軽石群の揚収作業量の分析

要

旨

港湾が災害により機能不全を生じても，緊急物資等の最低限の輸送を確保し，許容される期間内に重要な港湾機能を逐次再開させるための港湾 BCP が，重要港湾を中心として策定されている。しかし自然外力としては主に地震・津波を対象としており，火山噴火災害についての港
湾 BCP はほとんど検討されていない。本研究は，将来想定される桜島大規模噴火災害時に，鹿児島湾域に降下する火砕物の堆積量と質量換算値を風向・風速を条件として定量的に評価し，発災後の航路啓開に必要な揚収量と啓開作業期間を試算することによって，火山災害時の港湾
BCP 策定に資する知見を得ることを目的としたものである。